设计具有特定结构的材料可赋予其独特的物理化学特性，从而提高其性能，并拓展其应用领域。在众多微纳结构中，由多个内外分离壳层构成的中空多壳层结构（HoMS）是最具吸引力的功能材料之一。HoMS不仅可以解决纳米颗粒在应用中易于团聚的问题，而且可以最大限度地保持大的有效比表面积，目前已被广泛地应用于能源存储、催化、电磁波吸收、药物缓释等研究领域。基于HoMS的锂电池电极材料，其中空结构可以缓冲锂离子在锂化/去锂化过程中材料的体积变化，从而稳定电极结构。而且，HoMS对多硫化锂可以起到多重空间限域作用，有利于提高电池的循环稳定性。在此基础上，利用HoMS内部空腔负载其他材料作为内核，可兼顾壳和核两种材料的特点。进一步设计研制复杂结构的HoMS，不仅能够赋予HoMS更多迷人的特性，而且有望开拓新的应用领域。本论文针对锂电池的应用需求，通过对HoMS电极材料的深入研究，构建了具有多个核的HoMS结构，并探究了该结构的普适性合成方法，进一步丰富和完善了HoMS家族的构成。选择硅纳米颗粒作为内核，钴铁氧化物作为外部壳层的复合结构作为锂离子电池负极材料来探究其储能性质，实现了高容量和高循环稳定性的目标。以金属硫化物HoMS作为锂硫电池的隔膜夹层，其吸附作用抑制了多硫化锂的穿梭效应，且其催化作用提高了多硫化锂的转化，从而提高了锂硫电池的循环稳定性。主要内容和研究成果如下： （1）设计一种具有多个核的中空多壳层结构，并研发出该结构的普适合成方法。其中，内核和外部壳层的形貌、组成、数目均可精确调控。合成过程是将水热法和次序模板法相结合，首先，利用表面活性剂对核表面进行修饰；然后，采用水热法将多个核包覆在碳内部；最后，碳包多核样品吸附金属离子后进行程序升温煅烧，制备得到具有多个核的中空多壳层结构。内核的形貌可以是中空球或纳米颗粒，如TiO2中空球、TiO2纳米颗粒；成分可以是氧化物或单质，如SnO2、Si；组成还可以是不同物质的混合，如Nb2O5中空球和TiO2中空球共同包覆在内部；通过调节水热条件对碳层厚度、内核数目进行调控。外部壳层可以是单一组分，如MnCo2O4.5、NiCo2O4，也可以是混合组分，如ZnO/ZnMnO3；通过调节吸附条件和煅烧条件实现外部壳层数可控，如双壳层或者三壳层MnCo2O4.5 HoMS。（2）针对锂电池中负极容量低和循环稳定性差的问题，采用具有多个核的中空多壳层结构的合成方法，制备出多个硅纳米颗粒为核，外壳层为双壳层CoFe2O4 HoMS的复杂HoMS。通过具有高理论比容量的硅提高电池的比容量，利用HoMS提高电极材料的结构稳定性。结果表明，在电流密度为2 A/g时，具有多个硅纳米颗粒核的双壳层CoFe2O4 HoMS初始比容量高达1372.4 mAh/g，循环700圈后比容量保持初始比容量的92.3%。结合原位表征技术研究发现：该复合结构在锂化/去锂化过程中，双壳层CoFe2O4 HoMS的内壳层随硅纳米颗粒的变化而变化，而外壳层变化很小。因此，具有多个硅纳米颗粒核的多壳层的内壳层可缓解硅的体积变化，外壳层形成稳定的固态电解质界面。（3） 针对锂电池中正极硫导电性差和多硫化锂穿梭的问题，制备CoS2 HoMS作为锂硫电池的夹层来提高电池的比容量和循环稳定性。制备过程为：首先，利用次序模板法合成Co3O4 HoMS；然后，通过硫化Co3O4 HoMS制备获得相应壳层的CoS2 HoMS；最后，采用真空抽滤将其负载在商业隔膜上作为隔膜修饰层。电化学结果显示：在电流密度为1C时，三壳层CoS2 HoMS修饰隔膜的电池初始比容量为873.0 mAh/g，经过350圈循环后，比容量保持初始值的71.1%。CoS2 HoMS大的有效比表面可以为多硫化锂提供吸附位点，且HoMS的多重空间限域作用进一步提升CoS2对多硫化锂的氧化还原反应动力学，从而减少多硫化锂在电解液中的停留时间。